專利名稱：一種生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
將生物質(zhì)催化裂解反應(yīng)與焦油催化裂解及碳和CO的水蒸汽變換反應(yīng)相結(jié)合，使這些反應(yīng)分別在流化床中相同和不同的區(qū)域定向進(jìn)行，并使放熱反應(yīng)的熱量為吸熱反應(yīng)所用，從而最大限度地產(chǎn)氫，該方法至今還未見報(bào)道。
本發(fā)明提供的生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法，包括下列步驟(1)空氣經(jīng)預(yù)熱器升溫后進(jìn)入流化床反應(yīng)器的燃燒區(qū)，與部分生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生催化裂解所需的高于600℃的高溫環(huán)境；(2)生物質(zhì)經(jīng)螺旋進(jìn)料器進(jìn)入流化床反應(yīng)器，少部分與熱空氣燃燒提供催化裂解所需的溫度，大部分在流化床反應(yīng)器的裂解區(qū)在催化裂解催化劑的作用下進(jìn)行催化氣化產(chǎn)生H2、CO等可燃?xì)怏w；(3)在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸汽通入流化床反應(yīng)器的不同區(qū)域，在水煤氣變換催化劑的作用下發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)產(chǎn)生富氫燃?xì)猓?4)富氫燃?xì)庵兴慕褂驮诹骰卜磻?yīng)器上部的焦油裂解區(qū)在焦油裂解催化劑的作用下進(jìn)行催化裂解形成富氫燃?xì)猓?
(5)從流化床反應(yīng)器出來的富氫燃?xì)庵兴幕覊m在旋風(fēng)分離器中離心分離，灰塵積累在灰室中，定期排放；(6)除灰后的富氫燃?xì)饨?jīng)固定床焦油裂解器凈化后進(jìn)行提純后處理。
本發(fā)明的工作氣體為空氣或/和水蒸汽，生物質(zhì)原料為一定粒度的動(dòng)植物原料，流化床反應(yīng)器包括燃燒區(qū)、催化氣化區(qū)和焦油催化裂解區(qū)，催化裂解催化劑為鐵系催化劑，水煤氣變換催化劑為堿金屬催化劑，焦油裂解催化劑為鎳基催化劑，上述催化劑在空氣流的作用下懸浮于反應(yīng)器的不同區(qū)域，產(chǎn)生的富氫燃?xì)夂瑲錃?0％以上。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置包括一個(gè)流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括燃燒區(qū)、催化氣化區(qū)和焦油催化裂解區(qū)；一個(gè)料倉、螺旋進(jìn)料器及冷卻系統(tǒng)，其中料倉與螺旋進(jìn)料器連接，冷卻系統(tǒng)設(shè)在螺旋進(jìn)料器與流化床反應(yīng)器之間；一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)及空氣預(yù)熱器，鼓風(fēng)機(jī)與空氣預(yù)熱器連接，空氣預(yù)熱器與流化床反應(yīng)器的底部連接；一個(gè)水蒸汽發(fā)生器，該發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽通入流化床反應(yīng)器的不同區(qū)域；一個(gè)旋風(fēng)分離器及灰室，旋風(fēng)分離器與流化床反應(yīng)器的上部連接，灰室與旋風(fēng)分離器的下部連接；一個(gè)固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)器與旋風(fēng)分離器的上部連接。
本發(fā)明方法具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、生物質(zhì)催化氣化、焦油催化裂解、碳及CO水蒸汽變換等反應(yīng)進(jìn)行集成，使放熱反應(yīng)的熱量為吸熱反應(yīng)所用，提高了轉(zhuǎn)化率和能量利用效率。
2、在焦油產(chǎn)生的同時(shí)將其轉(zhuǎn)化為H2和CO，未轉(zhuǎn)化的焦油在后續(xù)的固定床反應(yīng)器及緩和的條件下裂解為H2和CO，顯著降低了焦油含量同時(shí)提高了氫的產(chǎn)率。
3、所需生物質(zhì)原料具有廣泛的適應(yīng)性，包括所有植物廢料，且進(jìn)料前不需干燥到很低的含水量。
4、無廢水、廢氣和廢渣排放，對環(huán)境不造成破壞。
5、利用生物質(zhì)產(chǎn)氫，原料可再生，實(shí)現(xiàn)了資源-能源-環(huán)境的一體化可持續(xù)性利用。


圖1為生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的裝置示意圖。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法，該方法包括下列步驟(1)空氣經(jīng)預(yù)熱器升溫后進(jìn)入流化床反應(yīng)器的燃燒區(qū)，與部分生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生催化裂解所需的高于600℃的高溫環(huán)境；(2)生物質(zhì)經(jīng)螺旋進(jìn)料器進(jìn)入流化床反應(yīng)器，少部分與熱空氣燃燒提供催化裂解所需的溫度，大部分在流化床反應(yīng)器的裂解區(qū)在催化裂解催化劑的作用下進(jìn)行催化氣化產(chǎn)生H2、CO等可燃?xì)怏w；(3)在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的水蒸汽通入流化床反應(yīng)器的不同區(qū)域，在水煤氣變換催化劑的作用下發(fā)生水煤氣變換反應(yīng)產(chǎn)生富氫燃?xì)猓?4)富氫燃?xì)庵兴慕褂驮诹骰卜磻?yīng)器上部的焦油裂解區(qū)在焦油裂解催化劑的作用下進(jìn)行催化裂解形成富氫燃?xì)猓?5)從流化床反應(yīng)器出來的富氫燃?xì)庵兴幕覊m在旋風(fēng)分離器中離心分離，灰塵積累在灰室中，定期排放；(6)除灰后的富氫燃?xì)饨?jīng)固定床焦油裂解器凈化后進(jìn)行提純后處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法，其特征在于所述的生物質(zhì)為一定粒度的動(dòng)植物原料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法，其特征在于所述的催化裂解催化劑為鐵系催化劑；水煤氣變換催化劑為堿金屬催化劑；焦油裂解催化劑為鎳基催化劑。
4.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的裝置，該裝置包括一個(gè)流化床反應(yīng)器(7)，該反應(yīng)器(7)包括燃燒區(qū)、催化氣化區(qū)和焦油催化裂解區(qū)；一個(gè)料倉(1)、螺旋進(jìn)料器(3)及冷卻系統(tǒng)(2)，其中料倉(1)與螺旋進(jìn)料器(3)連接，冷卻系統(tǒng)(2)設(shè)在螺旋進(jìn)料器(3)與流化床反應(yīng)器(1)之間；一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)(5)及空氣預(yù)熱器(4)，鼓風(fēng)機(jī)(5)與空氣預(yù)熱器(4)連接，空氣預(yù)熱器(4)與流化床反應(yīng)器(7)的底部連接；一個(gè)水蒸汽發(fā)生器(6)，該發(fā)生器(6)產(chǎn)生的水蒸汽通入流化床反應(yīng)器(7)的不同區(qū)域；一個(gè)旋風(fēng)分離器(8)及灰室(9)，旋風(fēng)分離器(8)與流化床反應(yīng)器(7)的上部連接，灰室(9)與旋風(fēng)分離器(8)的下部連接；一個(gè)固定床反應(yīng)器(10)，該反應(yīng)器(10)與旋風(fēng)分離器(8)的上部連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)催化裂解制取氫氣的方法，包括下列步驟空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器升溫后通入流化床反應(yīng)器，與生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生高溫，同時(shí)水蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的水蒸汽從流化床反應(yīng)器的不同區(qū)域通入，大部分生物質(zhì)在高溫環(huán)境下流態(tài)化，并在催化劑的作用下在流化床反應(yīng)器的不同區(qū)域發(fā)生催化氣化、水煤氣變換和焦油裂解反應(yīng)產(chǎn)生富氫燃?xì)?，富氫燃?xì)膺M(jìn)入旋風(fēng)分離器除去灰塵，除灰后的燃?xì)饨?jīng)固定床反應(yīng)器裂解焦油后進(jìn)入提純后處理工序。本發(fā)明還公開了用于實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。本發(fā)明方法轉(zhuǎn)化率和能量利用效率高，無廢水、廢氣和廢渣排放，對環(huán)境不造成破壞；所需的生物質(zhì)具有廣泛的適應(yīng)性，原料可再生，可實(shí)現(xiàn)資源－能源－環(huán)境的一體化可持續(xù)性利用。
文檔編號C10G3/00GK1435369SQ02134678
公開日2003年8月13日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者常杰, 王鐵軍, 呂鵬梅, 吳創(chuàng)之, 陳勇 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所